[发明专利]一种氧化锌纳米晶体的制备方法

说明书

本发明属于化工领域，尤其涉及一种氧化锌纳米晶体的制备方法，从而提高氧化锌光催化活性。先制备TEMPO氧化纤维素，然后以非均相自由基聚合法分别接枝含有羧基、磺酸基或环氧基团的聚合物，制备出改性TEMPO氧化纤维素，然后以改性TEMPO氧化纤维素为模板，吸附氧化锌的前驱物醋酸锌，在水热反应下得到纤维素/氧化锌复合物，再经煅烧移除模板，最终得到氧化锌纳米晶体。本发明制备的ZnO纳米晶体可以取代现有的ZnO类光催化材料，具有纤锌矿晶型含量高、比表面积和孔容大的特点，显示出较好的光催化性能，且制备工艺简单，属于一种环境友好型材料。

技术领域

本发明属于化工领域，尤其涉及一种氧化锌纳米晶体的制备方法。

背景技术

目前，随着药品和个人护理用品(Pharmaceuticals andpersonal careproducts,PPCPs)这类新型微量有机污染物在城市污水厂出水和水环境中的频繁检出，PPCPs成分复杂，毒性强，难生化降解，易在环境中聚集，通过食物链富集作用危害人类健康，产生慢性毒性。而传统的污水处理工艺及饮用水处理工艺对相当一部分PPCPs基本没有去除效果。半导体光催化技术可直接将光能转化为化学能，促进化合物的合成和降解，具有能耗低、效率高、无二次污染并可重复使用等优点，已成为众多科研领域广泛关注和研究的热点。ZnO化学性质稳定、光照后不易发生光腐蚀、成本低廉、光催化反应活性高且对生物无毒，被公认为是当前最具应用潜力的半导体光催化剂之一，在过去的几十年中得到了迅速的发展，广泛应用于污水处理、空气净化、自清洁建筑材料、太阳能电池、传感器等方面。

大量研究表明，ZnO光催化活性与晶型结构、几何尺寸、比表面积等息息相关。因此，采用适当的方法实现ZnO晶体结构、形貌和晶粒尺寸的可控制备是十分必要的。ZnO晶体结构有NaCl结构、CsCl结构(氧原子立方排列，锌原子体心位置)、闪锌矿结构(类似金刚石，氧原子FCC排列，4个锌原子占据晶胞四个碳位置)和纤锌矿结构(六方结构，氧原子层和锌原子层呈六方紧密排列)四种晶型，其中纤锌矿ZnO的光催化活性最高，因此，如何制备出纤锌矿型氧化锌是提高氧化锌光催化活性的必要要求之一。传统的水热法制备ZnO晶体时，晶体生长过程中存在二次团聚现象，造成晶粒较大，比表面积减小，影响ZnO晶体光催化效能，因此，如何降低ZnO晶体生长过程中二次团聚，减小晶粒大小，提高比表面积是提高氧化锌光催化活性的必要条件之二。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种氧化锌纳米晶体的制备方法，从而提高氧化锌光催化活性。

本发明是这样实现的：

本发明的一种氧化锌纳米晶体的制备方法，先制备TEMPO氧化纤维素，然后以非均相自由基聚合法接枝含有羧基、磺酸基或环氧基团的聚合物，制备出改性TEMPO氧化纤维素，然后以改性TEMPO氧化纤维素为模板，吸附氧化锌的前驱物醋酸锌，在水热反应下得到纤维素/氧化锌复合物，再经煅烧移除模板，最终得到氧化锌纳米晶体。

所述含有羧基、磺酸基、环氧基团的聚合物分别为丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯单体的聚合物。

具体包括如下步骤：

1、TEMPO氧化纤维素的制备：按常规方法制备；

2、TEMPO氧化纤维素接枝聚合物：以步骤1制备的TEMPO氧化纤维素为原料，加入去离子水，分散均匀后，加入过硫酸铵水溶液，分散均匀后，升高温度至40-80℃，逐滴加入丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或甲基丙烯酸缩水甘油酯单体，其中单体占TEMPO氧化纤维素的质量比例为1％-50％，过硫酸铵占单体的质量比例为0.5％-2％，继续反应6-12小时，然后冷却，过滤，用去离子水洗涤，干燥，得到TEMPO氧化纤维素接枝聚合物，即改性TEMPO氧化纤维素；